盾构机刀盘、刀具磨损测量旋转尺、测量系统及测量方法与流程

本发明涉及盾构机刀盘及其上的刀具磨损测量装置，尤其是盾构机刀盘、刀具磨损测量旋转尺、测量系统及测量方法。

背景技术：

随着地铁盾构隧道建设如火如荼，地铁隧道区间长度越来越大，盾构机中途检修换刀频率也大大增加，尤其是北京地区砂卵石地层中，刀盘上刀具和辐条磨损尤其严重。盾构推进一段距离后，刀盘上不同位置的辐条和刀具都会发生磨损，刀盘也会发生变形，导致刀盘上两位置相对高差改变，刀盘上相对刀高的变化会影响盾构机掘进效率，为了更好确定磨损后刀盘上不同位置的高差，计算刀具和辐条的磨损量和更加经济的选择性指导换刀，以及换刀后对刀盘整体刀高进行复核，刀高的精确测量变得尤其重要，但是目前市场上能够测量刀高的工具误差较大且测量效率低下，因此设计一种结构简单、易于操作且行之有效的测量装置显得尤为必要。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明基于水准仪，提出一种独特设计的旋转尺，能够实现对盾构机刀盘及其上不同位置的刀具相对高差进行准确测量，从而测出刀盘和刀具的磨损量，能够对盾构换刀起到指导作用，也便于工程技术人员准确评估和掌握盾构机掘进效率。

本发明首先提供一种盾构机刀盘、刀具磨损测量旋转尺，该旋转尺由读数的测量横尺和调节高度的伸缩竖杆组成，所述伸缩竖杆具有伸缩杆和固定杆，伸缩杆能够相对于固定杆伸缩滑动；所述测量横尺具有连接端和自由端，其连接端与伸缩杆的顶端通过旋转轴连接，其自由端能够绕所述旋转轴在测量横尺和伸缩竖杆构成的平面内相对于伸缩竖杆转动；并且，所述固定杆上设置有一个电子罗盘和至少一个管水准气泡。本发明提供的旋转尺结构简单，使用方便。

本发明其次提供一种盾构机刀盘、刀具磨损测量系统，包括所述的旋转尺，以及安装于检修井基坑顶部的水准仪平台，该水准仪平台上架设有水准仪，用于读取所述测量横尺上的读数。本发明提供的测量系统结构简单，使用方便，测量准确。

本发明还提供一种使用所述盾构机刀盘、刀具磨损测量系统的测量方法，包括如下步骤：

(1)盾构机前盾到达检修井换刀前，用电子罗盘测出刀盘的方位角；

(2)在检修井基坑顶部安装水准仪平台，在水准仪平台上架设水准仪，将水准仪安装好后调节至一定角度，使其能够对准测量横尺读数即可；

(3)在检修井基坑底部竖立旋转尺，调节伸缩杆高度使得测量横尺能够贴住待测量位置的刀具，水平转动旋转尺使得旋转尺上的电子罗盘方位和刀盘方位一致，再使得管水准气泡居中；

(4)通过测量横尺读出换刀前的辐条、刀具高度，与盾构始发前原始高度对比即可得出刀盘上不同位置辐条、刀具的磨损量。

本发明提供的测量方法原理简单，测量准确，操作方便，测量效率高，且能够在换刀后进行复核，能够对盾构换刀起到指导作用，也便于工程技术人员准确评估和掌握盾构机掘进效率。

有益效果：本发明基于水准仪，提出一种独特设计的旋转尺，能够实现对盾构机刀盘及其上不同位置的刀具相对高差进行准确测量，从而测出刀盘和刀具的磨损量，结构简单，测量准确，易于操作，测量效率高，对盾构换刀起到指导作用，并且能够在换刀后对刀盘整体刀高进行复核，也便于工程技术人员准确评估和掌握盾构机掘进效率。

附图说明

图1为本发明旋转尺结构正视图；

图2为本发明旋转尺结构侧视图；

图3为本发明测量系统测量原理示意图；

图4为本发明水准仪平台结构示意图；

图5为本发明水准仪平台水准仪安装并调整角度后示意图。

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但不构成对本发明的限定。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

如图1-图2所示，在本发明的一个具体实施方式，提出了一种盾构机刀盘、刀具磨损测量旋转尺1，由读数的测量横尺2和调节高度的伸缩竖杆3组成，实际操作时以长度1m能通过水准仪进行读数的尺子作为测量横尺即可，在伸缩竖杆3顶端设置旋转轴4，二者之间可以围绕旋转轴4转动，该转动是在测量横尺和伸缩竖杆构成的平面内相对于伸缩竖杆转动，如此便于调整测量横尺2和伸缩竖杆3之间的夹角。

具体地，伸缩竖杆3为可伸缩的直杆，由伸缩杆31和固定杆32构成，上段为伸缩杆31，下段为固定杆32，伸缩杆能够相对于固定杆伸缩滑动；测量横尺2一端通过旋转轴4与伸缩杆31的顶端连接，另一端能够绕所述旋转轴在测量横尺和伸缩竖杆构成的平面内相对于伸缩竖杆转动。

参见附图3，由于盾构机前盾18在到达检修井停机时，其刀盘面通常不一定会与盾构截面完全一致，而是会呈一定的方位角，为了确保测量的准确度，在固定杆32上设置有一个电子罗盘5，用于测量旋转尺整体的方位角，使用时通过预先测出盾构机前盾刀盘15的方位，在立旋转尺的时候，只要固定杆32上的电子罗盘数值与刀盘方位一致，即可保证测量横尺在同一竖向面转动，如果电子罗盘数值与刀盘方位不一致，则需调整旋转尺，直至其方位角与盾构机刀盘的方位角一致。

在固定杆32上还设置有至少一个管水准气泡6，在整体转动旋转尺1的时候，通过调节固定杆32上的水准气泡居中使得伸缩竖杆和地面垂直，从而保证测量横尺在同一水平面转动。

本发明中，优选管水准气泡6设置两个，其中一个安装在固定杆的中部，另一个安装在固定杆的底端，通过在固定杆的不同高度设置多个管水准气泡，即使旋转尺架设的很高，即伸缩竖杆3底下垫的很高，也能很方便地供工程技术人员对管水准气泡进行调整和观察。

参见附图2，固定杆32设置有螺旋固定钮7，通常设置在固定杆32的顶端，用于将所述伸缩杆31固定夹持在所需要的高度位置。

参见附图1，固定杆32内置有滑槽8，伸缩杆31可在该内置的滑槽内滑动以实现长度伸缩变化。具体地，本发明中，固定杆32可采用横截面封闭或半封闭的筒型结构，滑槽8是设置于固定杆32内的单独构件，该内置的滑槽通过焊接内置固定加强筋9与固定杆32进行连接，确保滑槽在固定杆内牢固固定和准确定位，从而使得伸缩杆31能够在滑槽内滑动顺畅地滑动伸缩。

由于盾构机在到达检修井停机时，其停机面未必是水平的平面，而是可能存在一定的坡度，这就导致刀盘存在一定的俯仰角，为了保证测量的准确度，参见附图2，在测量横尺2与伸缩竖杆3的连接处进一步安装有电子量角器10，具体可以与旋转轴4同轴安装，通过安装的电子数显量角器能够精确调整测量横尺和伸缩竖杆之间的夹角，在具体测量时，预先测出盾构机停机时刀盘的俯仰角，可通过盾构机plc测得，然后通过电子数显量角器调节测量横尺的角度，直至测量横尺与刀盘面垂直，与待测刀具16能够紧贴，从而保证测量准确度。

再参见附图2，在测量横尺2与伸缩竖杆3的连接处进一步安装有旋转补光电筒，通过在测量横尺上架设可上下转动的补光电筒，当检修井基坑14底下光照不足时开灯补光，便于水准仪读数。

如图3所示，在本发明的另一个具体实施方式，提出了一种盾构机刀盘、刀具磨损测量系统，用于测量盾构机前盾18在到达检修井停机时刀盘15、刀具16的磨损量，包括所述的旋转尺1，以及安装于检修井基坑14顶部的水准仪平台12，具体可以安装在检修井基坑14周边挡土墙17顶部的圈梁上，该水准仪平台上架设有水准仪13，用于读取所述测量横尺上的读数。

继续参见附图4、5，水准仪平台12由相互垂直焊接而成的竖向钢板121和水平钢板122组成，竖向钢板121开设有至少一排螺母固定孔123，通过在挡土墙17顶部的圈梁上钻孔安装螺母丝杆124，螺母丝杆124穿过螺母固定孔将该水准仪平台固定于检修井基坑顶部。

进一步地，水平钢板122的前端为铰接安装并可转动的安装板125，安装板125通过铰接轴126与水平钢板122的前端铰接连接并可上下转动，在安装板125上固定所述水准仪13，如图5所示，使用时，先将水准仪安装好后调节安装板至一定角度，能够看见测量横尺进行读数即可(注：测量相对高差水准仪竖向倾角不产生测量误差)。

在本发明的再一个具体实施方式，提出了一种使用所述盾构机刀盘、刀具磨损测量系统的测量方法，按如下方式实施：

(1)盾构机前盾到达检修井换刀前，用电子罗盘测出刀盘的方位角；

(2)在检修井基坑顶部安装水准仪平台，在水准仪平台上架设水准仪，将水准仪安装好后调节至一定角度，使其能够对准测量横尺读数即可；

(3)在检修井基坑底部竖立旋转尺，调节伸缩杆高度使得测量横尺能够贴住待测量位置的刀具16，水平转动旋转尺使得旋转尺上的电子罗盘方位和刀盘方位一致，再使得管水准气泡居中；

前述步骤(1)中，如果盾构机前盾到达检修井停机时停机面并不处于水平，则应事先通过盾构机plc测出盾构机前盾到达检修井停机时刀盘的俯仰角；并且在竖立旋转尺之前或之后，针对刀盘上不同位置，预先调节测量横尺相对伸缩竖杆的夹角，使得其与刀盘的俯仰角一致。

(4)通过测量横尺读出换刀前的辐条、刀具的高度，与盾构始发前原始高度对比即可得出刀盘上不同位置辐条、刀具的磨损量。

具体测量时，刀盘中心鱼尾刀附近的辐条线速度很小，相对磨损量小，适合作为整个刀盘面参照点，通过参照点计算相对高度。到达检修井换刀前后测量并记录刀盘上不同位置，比如刀具、辐条等的测量横尺读数，与盾构始发前原始高度对比做差即可得出相对高差，即得出刀盘上不同位置的磨损量。

换刀后可通过进一步测量换刀后的数据，复核刀盘上不同位置的最新高差，结合不同刀具的布置形式来检验换刀后的刀盘能否实现高效掘进，便于工程技术人员准确评估和掌握盾构机掘进效率。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。